کلید زدن فاز

ترکیبی از روش های انتقال چندلایه با کلید زدن تغییر فاز

علیرغم سرعت بالاتر انتقال اطلاعات به دلیل افزایش ظرفیت اطلاعات نماد، انتقال چند لایه در شکل خالصصدق نمی کند. قبلاً در بالا ذکر شد که تداخل و نویز در کانال و همچنین محدودیت در سطح سیگنال در تقویت کننده ها در درجه اول بر دامنه تأثیر می گذارد. به همین دلیل روش در نظر گرفته شده کاربرد پیدا نکرده است. در همان زمان، در ترکیب با روش های دیگر (به ویژه، با دستکاری فرکانس) اثر بالا و ایمنی خوبی در برابر صدا می دهد. ترکیب انتقال چند سطحی با مدولاسیون فاز بیشترین توزیع را دریافت کرده است. (مدولاسیون فرآیند تغییر پارامترهای فرکانس حامل (دامنه، فرکانس، فاز) است؛ دستکاری فرآیند تأثیرگذاری بر پارامترهای فرکانس حامل با یک سیگنال دیجیتال است.) این امکان گسترش چشمگیر پهنای باند در منطقه مشترک در زیر یکی از این روش ها - دستکاری فاز را در نظر می گیریم.

کلید زدن فاز اطلاعات را با تأثیرگذاری بر فاز سیگنال فرکانس تبدیل می کند. به عنوان مثال، در ساده ترین حالت انتقال بیت های جداگانه (شکل 29)، هنگام رفتن از 0 به 1، فاز 180 درجه تغییر می کند. در وضعیت نشان داده شده در شکل. 29، a، یک مربوط به یک دوره مثبت در ابتدای چرخه، و صفر - منفی است.

برنج. 29. مثالها کلید زدن فازبرای موارد: الف) 2-FM ب) 4-FM

با روش کلید زدن تغییر فاز 4-PM (شکل 29، 6)، تغییر فاز 45 درجه است، در حالی که به صورت زیر کدگذاری می شود:

برای 11 - تغییر +45 درجه (π/4)؛

برای 10 - شیفت +135 درجه (З π /4)؛

در 00 - شیفت +225 درجه (-З π /4)؛

در 01 - تغییر 315 درجه (-π / 4).

فاز با اندازه گیری مقدار سیگنال کسینوس در ابتدای دوره تعیین می شود.

در سمت چپ در شکل ها نشان داده شده است نمودارهای دایره ایسیگنال سینوسی (در شکل 29، b، سیگنال مقادیر کسینوس را نشان می دهد و بنابراین 90 درجه جابجا می شود). تغییر در مقدار سیگنال سینوسی با مقدار نمایش داده شده روی دایره مقایسه می شود. در این حالت، با تغییر زمان، یک بردار فرضی (شعاع قرار گرفته در مرکز دایره) در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. نقطه روی دایره مقدار سیگنال سینوسی را نشان می دهد این لحظهزمان. نقطه پایین روی دایره مربوط به حداقل است ارزش منفیدامنه و با یک واحد گسسته همراه است و بالاترین نقطه مربوط به حداکثر مقدار است و با یک صفر گسسته مشخص می شود. برای نموداری که یک تغییر فاز چهار برابر را نشان می دهد، 4 نقطه مشخص شده است.

بر خلاف مدولاسیون دامنه، کلید تغییر فاز کمتر تحت تأثیر سطح انتقال (دامنه) و فرکانس قرار می گیرد. این بیشتر برای انتقال سیگنال های چند سطحی سازگار است، که، همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد، به شما امکان می دهد سرعت انتقال اطلاعات را بدون افزایش نرخ خط در کانال افزایش دهید. در عین حال، به شدت تحت تأثیر پارامترهای القایی و خازنی کابل است. به عنوان مثال، سیم پیچ های بار ذکر شده قبلاً با بهبود پارامترهای یک سیگنال معمولی، یک اندوکتانس مصنوعی را معرفی می کنند که به نوبه خود بر سیگنال های فشرده شده با استفاده از کلیدسازی فاز تأثیر می گذارد.

شکل سیگنال مدوله شده در طول کلید زدن فاز با فرمول تعیین می شود:

جایی که \u003d 2π / p - مقداری که فازهای سیگنال های مجاور متفاوت است. tn - سیگنال متقارن سطح n به شکل پالس جریان مستقیمبدون بازگشت به صفر، و مقادیر سطوح ±1، ±3 و غیره است.

آخرین عبارت به راحتی به شکل کاهش می یابد:

این فرمول امکان کاهش فرآیند دستکاری فاز را به ترکیبی از مدولاسیون دامنه دو دنباله سیگنال فراهم می کند.

نمایش یک نوسان سینوسی به عنوان ترکیبی خطی از نوسانات سینوسی و کسینوس با فاز اولیه صفر معمولاً نمایش مربع نامیده می شود.

توابع sovf ietf برای هر چرخه انتقال سیگنال ثابت هستند، ᴛ.ᴇ. نقش ضرایبی را بازی کنید که مقادیر مطابق با سطح سیگنال را می گیرند. توابع و نقش فرکانس های حامل 90 درجه جابجا شده است. هنگامی که دو سیگنال مدوله شده با دامنه اضافه می شوند، یک تابع مدوله شده فاز به دست می آید. شکل موج کسینوس معمولاً به عنوان سیگنال های "در فاز" یا "سیگنال های B" و شکل موج های سینوسی به عنوان "سیگنال های چهارگانه" یا "سیگنال های K" نامیده می شوند.

بلوک دیاگرام یک مدولاتور فاز (PM) ساخته شده بر اساس این اصل در شکل نشان داده شده است. سی

برنج. 30 مدار مدولاتور فاز تعمیم یافته: MB(t) - سیگنال B. Mk(t) - K-سیگنال

دستکاری فاز - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های دسته "دستکاری فاز" 2017، 2018.

مدولاسیون فاز دیجیتال یک تکنیک همه کاره و پرکاربرد است انتقال بی سیمداده های دیجیتال

در مقاله قبلی دیدیم که می‌توانیم از تغییرات گسسته در دامنه یا فرکانس یک حامل به عنوان راهی برای نمایش یک‌ها و صفرها استفاده کنیم. جای تعجب نیست که ما همچنین می توانیم داده های دیجیتال را با یک فاز نمایش دهیم. این روش را کلید زدن تغییر فاز (PSK) می نامند.

کلید زنی تغییر فاز باینری

ساده‌ترین نوع PSK، کلید شیفت فاز باینری (BPSK) نامیده می‌شود، که در آن «دودویی» به استفاده از دو شیفت فاز (یکی برای منطق یک و یکی برای منطق صفر) اشاره دارد.

ما به طور شهودی می توانیم تشخیص دهیم که اگر فاصله بین این دو فاز زیاد باشد، سیستم قابل اعتمادتر خواهد بود - البته، تشخیص نماد با تغییر فاز 90 درجه و نماد با تغییر فاز برای گیرنده دشوار خواهد بود. از 91 درجه ما یک محدوده فاز 360 درجه برای کار داریم، بنابراین حداکثر تفاوتبین فازهای یک واحد منطقی و یک صفر منطقی 180 درجه است. اما می دانیم که تغییر موج سینوسی 180 درجه همان معکوس کردن آن است. بنابراین ما می‌توانیم BPSK را به عنوان معکوس کردن سیگنال حامل در پاسخ به یک حالت منطقی و رها کردن آن در حالت اصلیدر پاسخ به یک حالت منطقی دیگر

انجام دادن گام بعدی، به یاد می آوریم که ضرب یک سینوسی در یک واحد منفی همان معکوس کردن آن است. این منجر به امکان پیاده سازی BPSK با استفاده از پیکربندی سخت افزاری اصلی زیر می شود:

طرح اساسی برای به دست آوردن سیگنال BPSK

با این حال، این طرح به راحتی می تواند منجر به انتقال شیب زیاد در شکل موج حامل شود: اگر انتقال بین حالت های منطقی زمانی رخ دهد که سیگنال حامل در حالت خود قرار دارد. حداکثر مقدار، ولتاژ سیگنال حامل باید به سرعت به مقدار حداقل برود.

شیب زیاد در شکل موج BPSK زمانی که حالت منطقی سیگنال باند پایه تغییر می کند

چنین رویدادهای شیب زیاد نامطلوب هستند زیرا آنها انرژی را در اجزای فرکانس بالا ایجاد می کنند که می تواند با سیگنال های RF دیگر تداخل ایجاد کند. علاوه بر این، تقویت کننده ها توانایی محدودی برای ایجاد تغییرات ناگهانی در ولتاژ خروجی دارند.

اگر پیاده سازی فوق را با دو بهبود دهیم ویژگی های اضافی، سپس می توانیم ارائه دهیم انتقال های صافبین شخصیت ها ابتدا باید مطمئن شویم که دوره یک بیت دیجیتال برابر با یک یا چند سیکل کامل سیگنال حامل است. دوم، ما باید انتقال دیجیتال را با سیگنال حامل همگام کنیم. با این پیشرفت‌ها، می‌توانیم سیستم را طوری طراحی کنیم که زمانی که سیگنال حامل در نقطه عبور صفر (یا نزدیک به آن) است، تغییر فاز 180 درجه رخ دهد.

QPSK

BPSK به ازای هر کاراکتر یک بیت را ارسال می کند، چیزی که ما به آن عادت کرده ایم. همه چیزهایی که در مورد مدولاسیون دیجیتال بحث کردیم، فرض می‌کردند که سیگنال حامل بسته به اینکه آیا تغییر می‌کند ولتاژ دیجیتالروی کم یا زیاد سطح منطقیو گیرنده داده های دیجیتال را دوباره ایجاد می کند و هر کاراکتر را 0 یا 1 تفسیر می کند.

قبل از بحث در مورد کلیدسازی تغییر فاز مربعی (QPSK)، باید مفهوم مهم زیر را معرفی کنیم: دلیلی وجود ندارد که یک نماد فقط یک بیت را حمل کند. درست است که دنیای الکترونیک دیجیتال حول مدارهایی ساخته شده است که در آن ولتاژ در یک حد و اندازه است، به طوری که ولتاژ همیشه یک بیت دیجیتال است. اما سیگنال رادیویی دیجیتال نیست. بلکه استفاده می کنیم سیگنال های آنالوگبرای انتقال داده های دیجیتال، و توسعه سیستمی که در آن سیگنال های آنالوگ به گونه ای رمزگذاری و تفسیر شوند کاملاً قابل قبول است که یک کاراکتر نشان دهنده دو (یا چند) بیت باشد.

مزیت QPSK بیشتر است سرعت بالاانتقال داده: اگر مدت زمان نماد یکسانی را حفظ کنیم، می توانیم سرعت انتقال داده از فرستنده به گیرنده را دو برابر کنیم. نقطه ضعف آن پیچیدگی سیستم است. (شاید فکر کنید که QPSK بیشتر از BPSK در معرض خطاهای بیتی است زیرا جداسازی بین مقادیر ممکنکمتر دارد این یک حدس معقول است، اما اگر به ریاضیات آنها نگاه کنید، معلوم می شود که احتمالات خطا در واقع بسیار مشابه هستند.)

گزینه ها

مدولاسیون QPSK البته است روش موثرمدولاسیون اما می توان آن را بهبود بخشید.

پرش های فاز

مدولاسیون استاندارد QPSK تضمین می کند که انتقال نماد با شیب زیاد اتفاق می افتد. از آنجایی که پرش فاز می تواند 90± درجه باشد، ما نمی توانیم از روشی که برای پرش های فاز 180 درجه ایجاد شده توسط مدولاسیون BPSK استفاده کنیم، استفاده کنیم.

این مشکل را می توان با استفاده از یکی از دو گزینه QPSK کاهش داد. Offset QPSK (OQPSK)، که شامل اضافه کردن تاخیر به یکی از دو جریان داده دیجیتالی مورد استفاده در فرآیند مدولاسیون است، حداکثر پرش فاز را به 90 درجه کاهش می دهد. گزینه دیگر π/4-QPSK است که حداکثر پرش فاز را به 135 درجه کاهش می دهد. بنابراین، OQPSK از مزیت کاهش ناپیوستگی فاز برخوردار است، اما π/4-QPSK برنده است زیرا با کدگذاری دیفرانسیل سازگار است (در زیر بحث شده است).

راه دیگر برای مقابله با وقفه بین شخصیت ها، پیاده سازی است پردازش اضافیسیگنال ها، که انتقال نرم تری بین کاراکترها ایجاد می کند. این رویکرد در یک طرح مدولاسیون به نام کلید زدن حداقل تغییر (MSK) و ارتقاء MSK به نام MSK Gaussian (GMSK) گنجانده شده است.

کدگذاری دیفرانسیل

مشکل دیگر این است که دمودولاسیون سیگنال های PSK دشوارتر از آن است سیگنال های FSK. فرکانس "مطلق" است به این معنا که تغییرات در فرکانس را همیشه می توان با تجزیه و تحلیل تغییرات سیگنال در طول زمان تفسیر کرد. با این حال، فاز به این معنا نسبی است که یک نقطه مرجع جهانی ندارد - فرستنده تغییرات فاز را با توجه به یک نقطه در زمان ایجاد می کند، در حالی که گیرنده می تواند تغییرات فاز را با توجه به نقطه دیگری در زمان تفسیر کند.

تجلی عملی آن این است که اگر بین فازها (یا فرکانس‌های) نوسان‌گرهای مورد استفاده برای مدولاسیون و دمودولاسیون تفاوت وجود داشته باشد، PSK غیرقابل اعتماد می‌شود. و باید فرض کنیم که اختلاف فاز وجود خواهد داشت (مگر اینکه گیرنده دارای مدار بازیابی حامل باشد).

QPSK دیفرانسیل (DQPSK، QPSK دیفرانسیل) گونه ای است که با گیرنده های غیر منسجم (یعنی گیرنده هایی که ژنراتور دمدولاسیون را با ژنراتور مدولاسیون همگام نمی کنند) سازگار است. QPSK دیفرانسیل با ایجاد یک تغییر فاز مشخص از نماد قبلی، داده ها را رمزگذاری می کند تا مدار دمودولاسیون فاز نماد را با استفاده از یک نقطه مرجع که برای گیرنده و فرستنده مشترک است، تجزیه و تحلیل کند.

خلاصه

• کلیدسازی تغییر فاز دودویی (BPSK) یک تکنیک مدولاسیون ساده است که می تواند یک بیت را در هر نماد ارسال کند.
• کلیدهای تغییر فاز چهارگانه (QPSK) پیچیده تر است، اما سرعت داده را دو برابر می کند (یا به همان نرخ داده با نیمی از پهنای باند می رسد).
• کلیدسازی تغییر فاز چهارگانه (OQPSK)، π/4-QPSK، کلیدسازی تغییر فاز حداقل (MSK) طرح‌های مدولاسیونی هستند که اثرات تغییرات ولتاژ سیگنال حامل با شیب بالا بین نمادها را کاهش می‌دهند.
• QPSK دیفرانسیل (DQPSK) از اختلاف فاز بین نمادهای مجاور برای جلوگیری از مشکلات ناشی از عدم هماهنگی فاز بین فرستنده و گیرنده استفاده می کند.

ما در مورد چگونگی به دست آوردن این سیگنال ها صحبت کردیم مورد خاص مدولاسیون فرکانسبا یک سیگنال تعدیل کننده دیجیتال به شکل دنباله ای از پالس های مربوط به صفر و یک جریان باینری. از آنجایی که هنگام تغییر بیت اطلاعات، پالس سیگنال تعدیل کننده تغییر می کند، کلید تغییر فرکانس را دریافت کردیم.
با رسم یک قیاس، اگر سیگنال دیجیتال را به عنوان سیگنال مدولاتور به مدولاتور فاز اعمال کنیم، می‌توانیم سیگنال‌هایی را با کلید تغییر فاز (PSK) در نظر بگیریم. در این مقاله ما صحبت خواهیم کرددر مورد کلید تغییر فاز باینری BPSK. این نوعمدولاسیون به دلیل ایمنی بالای نویز و سادگی مدولاتور و دمدولاتور کاربرد بسیار گسترده ای پیدا کرده است. در ادبیات داخلی، مدولاسیون BPSK به عنوان PSK-2 نامیده می شود.

سیگنال های کلیدی تغییر فاز باینری

سیگنالی را به شکل دنباله ای از پالس ها در نظر بگیرید اطلاعات دیجیتال، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1: سیگنال دیجیتال تک قطبی و دو قطبی

نمودار بالا یک سیگنال دیجیتال تک قطبی را نشان می دهد که در آن صفر منطقی اطلاعاتی با .
همانطور که در شکل 2 با انحراف فاز برابر با راد نشان داده شده است، یک سیگنال دیجیتال را به عنوان سیگنال مدولاتور به مدولاتور فاز اعمال می کنیم.

شکل 2: شکل دادن به سیگنال BPSK بر اساس یک مدولاتور فاز

از آنجایی که فقط مقادیری برابر با 0 و 1 می گیرد، بنابراین اجزای درون فازی و مربعی پوشش پیچیده سیگنال BPSK برابر است با:
و بلوک دیاگرام مدولاتور را می توان ساده کرد، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3: ساده شده طرح ساختاریتعدیل کننده BPSK

خواننده توجه متوجه خواهد شد که این طرح دقیقاً مشابه طرح AM مورد بحث قبلی با سرکوب حامل (DSB) با یک سیگنال تعدیل کننده است. نمودارهای توضیحی شکل دهنده BPSK در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4: نمودارهای توضیحی مدولاتور BPSK

اطلاعات با نرخ بیت بر ثانیه ارسال می شود، مدت زمان یک پالس اطلاعات دیجیتال است. سیگنال تعدیل کننده اصلی در موج حامل (در شکل) ضرب می شود و یک سیگنال کلیدی تغییر فاز با پرش فاز راد دریافت می کنیم. ما همان پرش فاز را هنگام تشکیل یک سیگنال DSB مشاهده کردیم. بنابراین مدولاسیون BPSK یک نوع منحط از کلید زدن تغییر فاز است که همان متوازن است مدولاسیون دامنهبا سیگنال تعدیل کننده دیجیتال دوقطبی.

طیف و نمودار برداری سیگنال BPSK

از آنجایی که سیگنال BPSK را می توان به عنوان یک سیگنال DSB نشان داد، طیف آن طیف سیگنال تعدیل کننده دیجیتال دوقطبی است که به فرکانس حامل منتقل می شود. شکل 5 طیف سیگنال BPSK را در نرخ اطلاعات نشان می دهد و فرکانس حامل . شکل 5 به وضوح نشان می دهد که طیف سیگنال BPSK دارای یک لوب اصلی و لوب های جانبی به آرامی در حال کاهش است. شکل 6 روابط اصلی بین طیف BPSK و پارامترهای سیگنال تعدیل کننده اصلی را نشان می دهد.

بنابراین لوب اصلی طیف BPSK دارای عرضی برابر با دو برابر سرعت انتقال اطلاعات است و نسبت به فرکانس حامل متقارن است. سطح حداکثر (اول) فرعی طیف 13- دسی بل است. همچنین می توان گفت که عرض لوب های کناری برابر است با .
یک نمودار برداری از یک سیگنال BPSK را در نظر بگیرید. با توجه به عبارت (1)، مولفه درون فازی پوشش پیچیده سیگنال BPSK، و جزء مربعی است. در این مورد، مقادیر را می گیرد، سپس نمودار برداری سیگنال BPSK در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7: نمودار برداری سیگنال BPSK

بردار پاکت پیچیده می تواند یکی از دو مقدار (هنگام ارسال اطلاعات صفر) و هنگام انتقال یک واحد اطلاعات را بگیرد.

کلید زنی تغییر فاز باینری نسبی (دیفرانسیل) (DBPSK)

هنگام انتقال اطلاعات با استفاده از BPSK، لازم است از سیستم‌های ردیابی برای تغییر شکل سیگنال استفاده شود. در این مورد، اغلب از دستگاه های گیرنده نامنسجم استفاده می شود که با نوسانگر اصلی در سمت فرستنده مطابق فاز نیستند و بر این اساس، نمی توانند ردیابی کنند. چرخش تصادفیفاز در نتیجه انتشار که فراتر از فاصله است. به عنوان مثال، شکل 8 را در نظر بگیرید.

شکل 8: توضیحات برای دریافت غیر منسجم BPSK

نمودار برداری اصلی BPSK (در مورد سیگنال های PSK، نمودار برداری اغلب صورت فلکی نامیده می شود) در شکل های 8a و 8d نشان داده شده است. قرمز مقدار مربوط به صفر اطلاعاتی و آبی یک را نشان می دهد. در نتیجه انتشار، سیگنال به صورت تصادفی بدست می آید فاز اولیهو صورت فلکی به زاویه ای تبدیل می شود. شکل 8b حالتی را نشان می دهد که چرخش صورت فلکی در محدوده از تا راد قرار دارد. در این حالت، با دریافت غیر منسجم، کل صورت فلکی همانطور که توسط فلش ​​های شکل 8b نشان داده شده است، می چرخد. سپس پس از چرخش صورت فلکی خواهد گرفت موقعیت اولیهو اطلاعات به درستی دمدوله می شوند. شکل 8e حالتی را نشان می دهد که چرخش صورت فلکی در محدوده از تا راد قرار دارد. در این حالت، هنگام دریافت، صورت فلکی نیز برای یک موقعیت افقی چرخانده می شود، اما همانطور که از شکل 8 e نشان داده شده است، اطلاعات صفر و یک با هم مخلوط می شوند.
برای از بین بردن سردرگمی نمادهای اطلاعاتی، از کلید زنی نسبی یا همانطور که به آن BPSK دیفرانسیل (DBPSK) نیز می گویند استفاده می شود. ماهیت دستکاری نسبی این است که این خود بیت اطلاعات نیست که رمزگذاری می شود، بلکه تغییر آن است. ساختار یک سیستم انتقال داده با استفاده از DBPSK در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9: ساختار یک سیستم ارتباط داده با استفاده از DBPSK

جریان بیت اصلی به صورت تفاضلی کدگذاری می شود، پس از آن با BPSK و مدوله می شود سمت دریافت کنندهبا یک دمدولاتور BPSK غیر منسجم دمدوله شده است. جریان دمودوله شده از رمزگشای دیفرانسیل عبور کرده و جریان دریافتی را دریافت می کند.
رمزگذار دیفرانسیل نشان داده شده در شکل 10 را در نظر بگیرید.

شکل 10: رمزگذار دیفرانسیل

جمع بندی مدول دو انجام می شود که با XOR منطقی (OR انحصاری) مطابقت دارد. نامگذاری به معنای تاخیر یک بیت اطلاعات است. نمونه ای از کدگذاری دیفرانسیل در شکل 11 نشان داده شده است.

شکل 11: نمونه ای از رمزگذاری جریان بیت دیفرانسیل

جریان بیت اصلی 011100101 است، ما در خروجی رمزگذار دیفرانسیل 010111001 دریافت کردیم. اولین بیت (در مثال بالا، 0 اول کدگذاری نشده است)، سپس بیت اول به مدول دو بیت قبلی در خروجی اضافه می شود. رمزگذار و بیت فعلی در ورودی. برای رمزگشایی دیفرانسیل، لازم است طبق طرحی که در شکل 12 نشان داده شده است، روند معکوس انجام شود (ساختار رمزگشای دیفرانسیل در شکل 9 نشان داده شده است).

شکل 12: نمونه ای از رمزگشایی جریان بیت دیفرانسیل

همانطور که از بیت استریم کدگذاری شده 010111001 مشاهده می شود، ما 011100101 اصلی را دریافت کردیم. اکنون اگر همه بیت های جریان رمزگذاری شده را در سمت گیرنده معکوس کنیم، یک رمزگشای دیفرانسیل در نظر بگیرید. به جای 010111001، 101000110 را می گیریم. این به وضوح در شکل 13 نشان داده شده است.

شکل 13: نمونه ای از رمزگشایی دیفرانسیل با وارونگی جریان دریافتی

به وضوح از شکل 13 برمی‌آید که وقتی همه بیت‌های اطلاعات در خروجی رمزگشای دیفرانسیل مخلوط می‌شوند، اطلاعات تحریف نمی‌شوند (به استثنای بیت اول که با رنگ قرمز نشان داده شده است) و این مزیت بدون شک DBPSK است. ، که می تواند دستگاه های ارسال و دریافت را به طور قابل توجهی ساده کند. اما در مورد معایب کدگذاری دیفرانسیل نیز باید گفت. نقطه ضعف اصلی DBPSK در مقایسه با BPSK ایمنی کمتر نویز است، زیرا خطاهای دریافت در مرحله رمزگشایی منتشر می شوند.
یک مثال را در نظر بگیرید. اجازه دهید جریان اصلی 011100101، جریان رمزگذاری شده 010111001 باشد. بگذارید بیت چهارم جریان رمزگذاری شده با خطا دریافت شود، سپس ورودی رمزگشا 010101001 خواهد بود و در نتیجه رمزگشایی دو بیت کامل رمزگشایی می شود. با یک خطا (شکل 14 را ببینید).

شکل 14: انتشار خطای دریافت در رمزگشایی DBPSK

بنابراین، سیگنال‌هایی را با کلیدسازی تغییر فاز باینری (BPSK) در نظر گرفتیم و نشان دادیم که BPSK یک مورد خاص از PSK با سیگنال ورودی به شکل جریانی از پالس‌های دوقطبی است که منحط شده و به سیگنال DSB کاهش می‌یابد. ما طیف BPSK و آن را در نظر گرفته ایم ویژگی های طیفی: عرض لوب اصلی، سطح لوب جانبی. مفهوم کلیدسازی تغییر فاز باینری نسبی یا دیفرانسیل DBPSK نیز معرفی شد، که امکان حذف وارونگی نماد را در طول دریافت نامنسجم در مرحله رمزگشایی فراهم می‌کند، اما ایمنی نویز DBPSK را در مقایسه با BPSK به دلیل انتشار خطا در مرحله رمزگشایی کاهش می‌دهد.

مدولاسیون- فرآیند تغییر یک یا چند پارامتر از نوسان حامل فرکانس بالا طبق قانون فرکانس پایین سیگنال اطلاعات(پیام ها).
اطلاعات ارسالی در سیگنال کنترل جاسازی می شود و نقش حامل اطلاعات توسط یک نوسان با فرکانس بالا به نام حامل انجام می شود. بنابراین، مدولاسیون فرآیند "فرود" یک شکل موج اطلاعاتی بر روی یک حامل شناخته شده است.
در نتیجه مدولاسیونطیف سیگنال کنترل فرکانس پایین به منطقه منتقل می شود فرکانس های بالا. این اجازه می دهد تا هنگام سازماندهی پخش، عملکرد همه دستگاه های فرستنده گیرنده را پیکربندی کنید فرکانس های مختلفتا با هم تداخل نداشته باشند.
نوسانات اشکال مختلف (مستطیلی، مثلثی و غیره) را می توان به عنوان حامل استفاده کرد، اما پرکاربردترین آنها ارتعاشات هارمونیک. بسته به اینکه کدام یک از پارامترهای نوسان حامل تغییر می کند، نوع مدولاسیون (دامنه، فرکانس، فاز و غیره) مشخص می شود. مدولاسیون سیگنال گسستهمدولاسیون دیجیتال یا کلید زنی نامیده می شود.
انواع دستکاری های زیر وجود دارد:
FSK
کلید زدن فاز
کلید زدن دامنه
کلید زنی دامنه-تغییر چهارگانه
کلید تغییر فرکانس (FC) برای انتقال سیگنال های تلگراف از طریق یک کانال رادیویی استفاده می شود که دنباله ای از پیام های جریان ابتدایی مستطیلی (مثبت) و بدون جریان (منفی) هستند. برخلاف سیگنال های رادیویی دستکاری دامنههنگامی که فرستنده ساطع می کند نوسانات الکترومغناطیسیفقط با انتقال جریان در FT، تابش سیگنال رادیویی به طور مداوم هم با جریان و هم بدون انتقال جریان رخ می دهد. بنابراین، گاهی اوقات به این روش دستکاری، کار با مکث فعال می گویند.

عکس. 1 مدولاسیون دیجیتال(دستکاری - اعمال نفوذ)
هنگام تغییر از جریان به پیام بدون جریان و بالعکس، دامنه نوسان فرکانس بالا ثابت می ماند و فقط فرکانس آن با مقداری ثابت fc تغییر می کند که به آن تغییر فرکانس می گویند.
در حال حاضر سیستم های تلگراف فرکانس با شیفت فرکانس 125 (ChT-125)، 250 (ChT-250)، 500 (ChT-500)، 1000 (ChT-1000)، 1500 (ChT-1500) هرتز بیشترین استفاده را دارند. در این حالت، انحراف فرکانس fm محرک نسبت به فرکانس نوسان اسمی (متوسط) فرستنده به ترتیب + 62.5 هرتز است. + 125 هرتز؛ + 500 هرتز؛ +750 هرتز
فرکانس متوسط ​​fo را حامل می نامند (اسم فرکانس. لازم به ذکر است که اصطلاح "فرکانس حامل" در تلگراف فرکانسی بسیار مشروط معرفی می شود، زیرا در FT انتقال هرگز در فرکانس fo عمل نمی کند. مصلحت معرفی این عبارت است. فقط به این دلیل که فرکانس حامل از نظر عددی برابر با متوسط ​​فرکانس طیف فرکانس در خروجی فرستنده است و بنابراین اسمی است. فرکانس کاریفرستنده.
طیف سیگنال های FT نه تنها به سرعت تلگراف (به فرکانس اصلی تلگراف)، بلکه به بزرگی تغییر فرکانس و روش تولید سیگنال های FT نیز بستگی دارد. دو راه اصلی برای تشکیل سیگنال های چیپ وجود دارد: با شکست در فاز نوسانات فرکانس بالا و بدون شکستن آن.
در حالت اول، سیگنال FT با اتصال متناوب دو منبع مستقل از نوسانات فرکانس بالا به مسیر تقویت کننده فرستنده تشکیل می شود. یکی از منابع نوساناتی با فرکانس مشخص ایجاد می کند و با ارسال های بدون جریان (منفی) سیگنال اولیه متصل می شود. دومی نوساناتی با فرکانس ایجاد می کند که با فرکانس اول (تغییر نسبت به فرکانس) با مقدار fc متفاوت است. این منبع با ارسال های جاری (مثبت) سیگنال اولیه متصل است.
از آنجایی که هر دو منبع نوسانات فرکانس بالا مستقل هستند، در حین سوئیچینگ، فاز نوسان مقدار دلخواه به خود می گیرد، یعنی. یک شکست فاز رخ می دهد.
در روش دوم تولید سیگنال، از یک منبع نوسانات فرکانس بالا استفاده می شود که با ارسال بدون جریان (منفی) سیگنال اولیه، نوساناتی با فرکانس fа و با نوسانات جریان (مثبت) با فرکانس fв ایجاد می کند. از آنجایی که از یک منبع استفاده می شود، تغییر در فرکانس نوسان به طور مداوم و بدون شکستن فاز نوسان فرکانس بالا رخ می دهد. سیگنال چیرپ از این نوع را می توان به عنوان یک مورد خاص از مدولاسیون فرکانس یک نوسان فرکانس بالا توسط یک سیگنال گسسته در نظر گرفت.
با استفاده از روش های تلگراف فرکانسی، امکان انتقال دو پیام تلگراف متفاوت از طریق کانال رادیویی وجود دارد. این روش انتقال تلگراف با فرکانس دوگانه (DFT) نامیده می شود و مطابق با کلاس انتشار F است.
کلید زدن دامنه تغییری در سیگنال است که در آن دامنه نوسان حامل به طور ناگهانی تغییر می کند. AMn را می توان یک مورد خاص از کلید زنی مربعی در نظر گرفت
سیگنال های تلگراف - کد مورس - اغلب با استفاده از دستکاری دامنه منتقل می شوند. در فرستنده، این روش در مقایسه با سایر انواع دستکاری به سادگی اجرا می شود. گیرنده ای برای دریافت سیگنال های تلگراف از طریق گوش، برعکس، تا حدودی پیچیده تر است: باید دارای یک نوسان ساز محلی باشد که در فرکانس نزدیک به فرکانس سیگنال دریافتی کار می کند تا بتوان تفاوت را در خروجی گیرنده تشخیص داد. فرکانس صوتی. گیرنده های مناسب تبدیل مستقیم، احیا کننده در حالت تولید و سوپرهتروداین با یک نوسانگر محلی "تلگراف" اضافی هستند.
دامنه سیگنال فرکانس بالا در خروجی فرستنده رادیویی فقط دو مقدار می گیرد: روشن و خاموش. بر این اساس، روشن یا خاموش کردن ("کلید زدن") توسط اپراتور با استفاده از یک کلید تلگراف یا با استفاده از یک مولد خودکار بسته تلگراف (سنسور کد مورس، کامپیوتر) انجام می شود. پاکت یک پالس رادیویی (یک پیام ابتدایی - نقطه و خط تیره) در عمل، البته، مستطیل شکل نیست (همانطور که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است)، اما دارای لبه های پیشرو و انتهایی صاف است. در غیر این صورت، طیف فرکانس سیگنال ممکن است به طور غیرقابل قبولی گسترده شود و هنگام دریافت سیگنال، کلیک های ناخوشایندی احساس می شود.

تغییر فاز کلید خوردسیگنال به شکل زیر است:

جایی که g(تی) پوشش سیگنال را تعیین می کند. سیگنال تعدیل کننده است. می توانید ممقادیر گسسته

اگر م= 2، سپس کلید زدن فاز فراخوانی می شود کلید زدن تغییر فاز باینری(1 بیت در هر 1 تغییر فاز) اگر م = 4 - کلید زنی تغییر فاز چهارگانه(2 بیت در هر 1 تغییر فاز)، م= 8 (3 بیت در هر تغییر فاز) و غیره.

بنابراین تعداد بیت ها nانتقال با یک پرش فاز، قدرتی است که در هنگام تعیین تعداد فازهای مورد نیاز برای انتقال، دو فاز افزایش می یابد. n- عدد باینری ترتیبی

سیگنال کلیدی تغییر فاز من(تی) را می توان در نظر گرفت ترکیب خطیدو سیگنال متعارف y 1 و y 2.

کلید زدن فاز

در حین دستکاری فاز (تلگراف فاز)، از نوسان یک فرکانس استفاده می شود، اما مرزهای بسته های تلگراف با تغییر فاز آن به میزان 180 درجه مشخص می شوند (شکل 3.8، a).

شکل 3.8 نمودارهای ولتاژ (الف) و مدار ژنراتور سیگنال PSK (ب).

به راحتی می توان نوسانات تغییر فاز را با تعداد مناسب مدارهای تغییر فاز و یک کلید کنترل بدست آورد. روی انجیر 3.8، ب) نموداری از ساده ترین دستکاری کننده فاز را نشان می دهد. در اینجا تغییر دهنده فاز است مدار نوسانیفشار کش GVV، و سوئیچ از دیودهای V1 و V2 استفاده می کند که در حالت کلید کار می کنند. پیام مربوط به فشار دادن دارای قطبیت مثبت است و بر ولتاژ مسدود کننده Ecm دیود V1 غلبه می کند. نوسانات از بازوی فوقانی GVV به خروجی عبور می کند. در لحظه مکث، پیامی با قطبیت مخالف می رسد که دیود V2 را باز می کند و خروجی دستکاری کننده نوساناتی را از بازو پایین دریافت می کند که فاز آن 180 درجه جابجا می شود.

مسائل کلیتشکیل سیگنال های رادیویی در فرستنده ها ارتباطات دیجیتال

مهمترین ویژگی سیگنال دیجیتالنرخ باود B است که بر حسب بیت در ثانیه (bps) به عنوان تعداد انفجارها (0 یا یک ها) در ثانیه تعریف می شود.

در سرعت های پایینانتقال: تله متری، دستورات کد و سایر دستورات با نرخ B<2…3 тыс. бит/с цифровой сигнал (ЦС) может быть передан по телефонному радиоканалу путём манипуляции цифровым сигналом набора тональных несущих. При этом на входе передатчика ВЧ или ОВЧ радиосвязи устанавливается специальная приставка для уплотнения телефонного канала цифровым потоком.

توان فرستنده های خطوط ارتباطی رله رادیویی دیجیتال به طول مسیر، محدوده فرکانس کاری، تعداد کانال های ارسالی و نوع مدولاسیون بستگی دارد. در محدوده 0.1 وات تا واحد وات قرار دارد که در برخی موارد به 10 وات می رسد. توان RPDU های زمینی برای ارتباطات رادیویی فضایی واحد و ده ها کیلووات است، توان ایستگاه های رله در ماهواره ها و ایستگاه های فضایی ده ها و صدها وات و حتی واحدهای کیلووات است. برای به دست آوردن توان در سطح کسری از یک وات و واحدهای وات، از ژنراتورهای مبتنی بر دیودهای Gunn، LPD، تقویت کننده های ترانزیستور مایکروویو در محدوده مایکروویو استفاده می شود. برای تقویت سیگنال های مایکروویو تا سطح توان ده ها و صدها وات، از TWT ها استفاده می شود، بیش از 1 کیلو وات - TWT و کلیسترون دهانه.

پهنای باند سیگنال رادیویی به سرعت انتقال داده و نوع دستکاری بستگی دارد. هنگام انتقال دیجیتال سیگنال آنالوگ S(t)، نمونه برداری می شود و با مجموعه ای از نمونه ها در فواصل زمانی خاص T جایگزین می شود:

V(t)=S(t) σ(t-kT) برای t≥0، (3.5)

که در آن k دنباله ای از اعداد صحیح است: k=0,1,2,3,…;

σ(t-kT) یک تابع دلتا است که در لحظات t=CT برابر با یک و در بقیه زمان صفر است.

فرکانس نمونه برداری fТ=1/Т مطابق با قضیه Kotelnikov انتخاب می شود: fТ≥2 Fmax، که در آن Fmax حداکثر فرکانس طیف سیگنال پیوسته S(t) است.

سپس، سیگنال گسسته V(t) (3.5) کدگذاری می شود، که برای آن از روش های مختلف مدولاسیون کد پالس (PCM) استفاده می شود. هر قرائت V(kT) با عدد باینری n بیتی مرتبط است. تعداد ارقام n با توجه به الزامات مربوط به دقت بازتولید در گیرنده پیام اصلی تعیین می شود، به کد انتخاب شده و ویژگی های طراحی دستگاه های رمزگذاری و رمزگشایی (کدک ها) بستگی دارد. هنگام انتقال یک کانال استاندارد TF (تلفن) با باند 300-3400 هرتز، فرکانس نمونه برداری fТ=8 کیلوهرتز است و سیگنال PCM با یک کد باینری هشت بیتی (n=8) نشان داده می شود. نرخ انتقال یک کانال دیجیتال TF B = nfT = 64000 bps یا 64 kbps.

سیستم های ارتباطی دیجیتال به طور گسترده ای برای انتقال پیام های TF چند کاناله استفاده می شوند. یک سلسله مراتب پذیرفته شده کلی از سیستم های چند کانالی وجود دارد.

گروه اولیه توسط 32 (30) کانال TLF تشکیل شده است. در پرانتز: معمولاً دو کانال STA توسط انتقال اطلاعات سرویس اشغال می شود. سرعت انتقال B=32 64=2048 kbps =2.048 Mbps. در باند اشغال شده توسط 32 کانال PL، شش کانال پخش رادیویی دیجیتال با کیفیت بالا قابل انتقال است.

گروه های سطح بالا عبارتند از:

128 (120) کانال TLF، V=8.448 مگابیت بر ثانیه،

512 (480) کانال TLF، V=34.368 مگابیت بر ثانیه،

2048 (1920) کانال TLF، B=139.264 مگابیت بر ثانیه.

نرخ انتقال 400 مگابیت در ثانیه به دست آمده است که معادل انتقال 5760 کانال TLF است.

نرخ بیت پهنای باند سیگنال تعدیل کننده PCM و در نتیجه پهنای باند کانال رادیویی را تعیین می کند. سیگنال اطلاعات دیجیتال (DIS) یک فرآیند تصادفی را نشان می دهد. طیف انرژی آن از یک بخش پیوسته تشکیل شده است که تقریباً توسط تابع چگالی طیفی G(F)=G(O) sin²(πF/B)² نمایش داده می شود که در داخل آن اجزای مجزای مجزا قرار دارند، به دلیل انتقال همزمان سازی، کنترل، سیگنال های غیره حداقل فرکانسی که طیف باند پایه را می توان به آن محدود کرد به نرخ بیت CISS مربوط می شود:

Fm(MHz)≥V/2(Mbps). (3.6)

VCIS که به فرستنده CIS می آید دنباله ای از یک های منطقی (پالس های کوتاه) و صفرهای منطقی با فرکانس ساعت fТ=1/T است. برای دستکاری در فرستنده، یک سیگنال کنترلی (تعدیل کننده) Vу مطابق قانون زیر تشکیل می شود: ورود "1" CIS مربوط به یک پالس کنترل با دامنه +1، مدت زمان T است که به طور معمول نشان داده می شود. به عنوان "1"، ورود "0" CIS مربوط به یک پالس کنترل با دامنه -1 با مدت زمان T است که در زیر به عنوان "0" نشان داده می شود. سیگنال Vу متعلق به کلاس سیگنال هایی است که ناپدید نمی شوند (NVN - بدون بازگشت به صفر).

همانطور که قبلاً گفتیم ساده ترین روش دستکاری این است: دستکاری دامنه(AMn)، که در آن ولتاژ "1" Vу مربوط به تابش نوسانات فرکانس بالا است، و "0" Vу یک مکث است. سیگنال رادیویی AMn توسط قانون شرح داده شده است:

uAMn=U(1+ Vу(t)) sin ω0t. (3.7)

طیف سیگنال AM از یک فرکانس حامل Usin ω0t و دو باند جانبی، هر کدام با عرض Fm تشکیل شده است. در نرخ بیت B، حداقل پهنای باند سیگنال AMn AMn≥B است. بنابراین، در B=34 مگابیت بر ثانیه

RAMn≥34 MHz، در V=140 Mbit/s RAMn≥140 MHz و غیره.

AMn در شکل خالص خود به ندرت در ارتباطات رادیویی دیجیتال به دلیل ایمنی کم نویز استفاده می شود.

نوع اصلی دستکاری در سیستم های دیجیتال می باشد کلید زدن فاز(FMn) و کلید زنی دامنه-تغییر مربعی(KAM). با یک PSK ساده "1" و "0" سیگنال Vу، مقادیر کاملاً تعریف شده فاز نوسانات RF φ مطابقت دارند، به عنوان مثال، φ=π برای Vу= «0» و φ=0 برای Vу=. "1" (نگاه کنید به شکل 3.8، a).

ناراحتی PM این است که در گیرنده باید بین مقادیر مطلق فاز سیگنال های دریافتی تمایز قائل شد. گیرنده، همانطور که بود، باید از قبل بداند که کدام مقدار φ با مقدار خاصی از VCIS مطابقت دارد. این امر مستلزم وارد کردن درج‌های ویژه به DIS برای انتقال سیگنال مرجع و پیچیده‌تر کردن پردازش سیگنال در گیرنده است.